KR101856052B1 - 미세 패턴 금형 가공 시스템 - Google Patents

미세 패턴 금형 가공 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 패턴의 양측에서 열영향부를 최소화하면서 미세 선폭의 패턴을 형성하는 미세 패턴 금형 가공 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 금형 가공 시스템은, 설정된 펄스폭의 레이저 빔을 생산하는 레이저 발진부, 상기 레이저 빔을 베이스에 설치되는 타겟에 조사하여 설정된 선폭의 패턴을 가공하는 폴리곤 스캐너, 상기 폴리곤 스캐너를 장착하고 상기 베이스에 설치되어 상기 타겟에 대한 상기 폴리곤 스캐너의 위치를 조절하는 스테이지, 상기 레이저 발진부와 상기 폴리곤 스캐너 사이에서 레이저 빔의 경로에 설치되어, 검출된 레이저 빔에 따라 조사되는 레이저 빔을 안정시키는 빔 안정기, 상기 레이저 발진부를 제어하는 레이저 컨트롤러, 상기 타겟에 패턴을 가공하며, 상기 타겟에서 단위 패턴을 가공하고 가공된 단위 패턴에 x축 방향으로 중첩되어 레이저 빔을 단위 패턴으로 조사하여 단위 패턴간의 경계선을 없애도록 상기 폴리곤 스캐너를 제어하는 폴리곤 스캐너 컨트롤러, 및 상기 폴리곤 스캐너 컨트롤러에 상기 타겟에 가공하고자 하는 이미지를 비트맵 파일로 전달하는 메인 컨트롤러를 포함하며, 상기 레이저 컨트롤러는 상기 레이저 발진부의 마스터 오실레이터에서 발진되는 레이저 신호를 상기 폴리곤 스캐너 컨트롤러에 전달하여, 상기 폴리곤 스캐너, 상기 스테이지 및 상기 레이저 빔을 동기화시키도록 구성되고, 상기 폴리곤 스캐너 컨트롤러는 상기 레이저 컨트롤러에 동기신호를 전달하여, 상기 폴리곤 스캐너와 상기 레이저 빔을 동기화시키도록 구성된다.

Description

미세 패턴 금형 가공 시스템{FINE PATTERN MOLD MANUFACTURING SYSTEM}
본 발명은 미세 패턴 금형 가공 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 극초단파 펄스 레이저를 이용하여 미세한 선폭 패턴의 금형을 가공하는 미세 패턴 금형 가공 시스템에 관한 것이다.
알려진 바에 따르면, 롤 금형 가공 공정은 나노초 자외선(UV, ultraviolet rays) 레이저 및 나노초 적외선(IR, infrared rays) 레이저를 기반으로 하는 에칭 공정으로 이루어진다.
즉 롤 금형 가공 공정은 롤에 구리를 도금하고(Cu plating), 도금된 구리를 폴리싱하며(polishing), 롤에 폴리머를 코팅하고(polymer coating), 폴리머를 레이저로 노광하며(laser lithography), 노광된 롤을 에칭액으로 에칭하고, 현상(development) 후 크롬을 도금한다(Cr plating). 가공된 롤 금형은 패턴의 프린팅(printing) 공정에 사용된다.
이와 같은 롤 금형 가공 공정은 롤 금형에서 패턴의 최소 선폭을 20㎛ 정도로 제한한다. 이와 같이 선폭이 제한되는 이유는 레이저 가공시 열영향에 기인한 것이다. 나노초 이상의 펄스폭을 가지는 경우 또는 레이저 빔의 중첩율이 높은 경우 패턴의 최소 선폭이 제한된다.
따라서 패턴의 최소 선폭을 더욱 미세하게 하기 위하여, 더 짧은 극초단 펄스 레이저와 같이 나노초 이하의 펄스폭을 보유한 레이저를 사용하거나 레이저 빔의 중첩율을 최소화하기 위해 레이저의 이송속도를 극대화 한 광학계를 사용하여 가공할 수도 있다.
이 경우, 패턴의 선폭이 미세하므로 레이저 열에 의하여 롤 표면으로부터 분리된 금속 성분이 선폭의 양측에 융착되어 열영향부를 형성한다. 즉 열열향부는 패턴의 양측에서 롤 표면을 돌출시키므로 롤 표면의 평활도를 악화시키게 되고, 패턴 프린팅시 제품의 품질을 저하시키게 된다.
본 발명의 목적은 패턴의 양측에서 열영향부를 최소화하면서 미세 선폭의 패턴을 형성하는 미세 패턴 금형 가공 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 금형 가공 시스템은, 설정된 펄스폭의 레이저 빔을 생산하는 레이저 발진부, 상기 레이저 빔을 베이스에 설치되는 타겟에 조사하여 설정된 선폭의 패턴을 가공하는 폴리곤 스캐너, 상기 폴리곤 스캐너를 장착하고 상기 베이스에 설치되어 상기 타겟에 대한 상기 폴리곤 스캐너의 위치를 조절하는 스테이지, 상기 스테이지를 제어하는 스테이지 컨트롤러, 상기 레이저 발진부와 상기 폴리곤 스캐너 사이에서 레이저 빔의 경로에 설치되어, 검출된 레이저 빔에 따라 조사되는 레이저 빔을 안정시키는 빔 안정기, 상기 레이저 발진부를 제어하는 레이저 컨트롤러, 상기 타겟에 패턴을 가공하며, 상기 타겟에서 단위 패턴을 가공하고 가공된 단위 패턴에 x축 방향으로 중첩되어 레이저 빔을 단위 패턴으로 조사하여 단위 패턴간의 경계선을 없애도록 상기 폴리곤 스캐너를 제어하는 폴리곤 스캐너 컨트롤러, 및 상기 레이저 컨트롤러, 상기 폴리곤 스캐너 컨트롤러, 및 상기 스테이지 컨트롤러를 제어하며, 상기 폴리곤 스캐너 컨트롤러에 상기 타겟에 가공하고자 하는 이미지를 비트맵 파일로 전달하는 메인 컨트롤러를 포함하며, 상기 레이저 컨트롤러는 상기 레이저 발진부의 마스터 오실레이터에서 발진되는 레이저 신호를 상기 폴리곤 스캐너 컨트롤러에 전달하여, 상기 폴리곤 스캐너, 상기 스테이지 및 상기 레이저 빔을 동기화시키도록 구성되고, 상기 폴리곤 스캐너 컨트롤러는 상기 레이저 컨트롤러에 동기신호를 전달하여, 상기 폴리곤 스캐너와 상기 레이저 빔을 동기화시키도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 금형 가공 시스템은, 상기 폴리곤 스캐너에서 상기 타겟에 조사되는 레이저 빔을 검출하는 빔디텍터를 더 포함할 수 있다.
상기 타겟은 롤로 형성되고, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 금형 가공 시스템은, 상기 타겟을 장착하여 고정 또는 회전시키는 척을 더 포함할 수 있다.
상기 레이저 빔의 파장은 1064nm 영역의 근적외선(NIR), 532nm 영역의 그린(Green) 및 355nm 영역의 자외선(UV) 중 하나일 수 있다.
상기 폴리곤 스캐너는 상기 레이저 빔을 10m/s ~ 100m/s의 속도로 상기 타겟에 주사할 수 있다.
상기 스테이지는, 상기 베이스에 x축 방향으로 신장 배치되는 x축 방향 레일, 및 상기 x축 방향 레일에 장착되고 y축 방향으로 신장 배치되며 상기 폴리곤 스캐너를 장착하는 y축 방향 레일을 포함할 수 있다.
상기 빔 안정기는, 상기 레이저 빔을 반사시키는 미러, 및 상기 미러를 작동시켜 주변 요인에 따라 레이저 빔의 흔들림을 안정시키는 액츄에이터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 금형 가공 시스템은, 레이저 발진부를 제어하는 레이저 컨트롤러, 타겟에 패턴을 가공하며, 상기 타겟에서 단위 패턴을 가공하고 가공된 단위 패턴에 x축 방향으로 중첩되어 레이저 빔을 단위 패턴으로 조사하여 단위 패턴간의 경계선을 없애도록 폴리곤 스캐너를 제어하는 폴리곤 스캐너 컨트롤러, 상기 폴리곤 스캐너가 장착된 스테이지를 제어하는 스테이지 컨트롤러, 상기 스테이지에 장착된 빔디텍터의 신호에 따라, 상기 레이저 발진부와 상기 폴리곤 스캐너 사이에서 레이저 빔의 경로에 설치되어, 검출된 레이저 빔에 따라 조사되는 레이저 빔을 안정시키는 빔 안정기를 제어하는 빔 안정기 컨트롤러, 및 상기 레이저 컨트롤러, 상기 폴리곤 스캐너 컨트롤러, 상기 스테이지 컨트롤러 및 상기 빔 안정기 컨트롤러를 제어하며, 상기 폴리곤 스캐너 컨트롤러에 상기 타겟에 가공하고자 하는 이미지를 비트맵 파일로 전달하는 메인 컨트롤러를 포함하며, 상기 레이저 컨트롤러는 상기 레이저 발진부의 마스터 오실레이터에서 발진되는 레이저 신호를 상기 폴리곤 스캐너 컨트롤러에 전달하여, 상기 폴리곤 스캐너, 상기 스테이지 및 상기 레이저 빔을 동기화시키도록 구성되고, 상기 폴리곤 스캐너 컨트롤러는 상기 레이저 컨트롤러에 동기신호를 전달하여, 상기 폴리곤 스캐너와 상기 레이저 빔을 동기화시키도록 구성된다.
상기 메인 컨트롤러는 상기 폴리곤 스캐너 컨트롤러에 레이저 빔의 속도, 레이저 빔의 펄스폭, 레이저 빔의 펄스 반복율을 전달할 수 있다.
상기 메인 컨트롤러는 단일 가공 공정으로 제어하여 상기 타겟에 패턴을 가공할 수 있다.
상기 메인 컨트롤러는 연속 이동 가공 공정으로 제어하여 상기 타겟에 패턴을 가공할 수 있다.
상기 레이저 빔은 0.5~10ps의 펄스폭 가변형이고, 최대 100MHz의 펄스 반복율을 가질 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예는 레이저 발진부에서 생산된 설정된 펄스폭의 레이저 빔을 폴리곤 스캐너로 타겟에 고속으로 조사하므로 설정된 선폭의 패턴을 가공할 수 있다.
즉 극초단파 펄스 레이저 빔이 타겟에 고속으로 조사되므로 미세 패턴에서 열영향부가 최소화될 수 있다. 따라서 타겟으로 가공된 금형을 이용하여 미세 선폭의 패턴을 프린팅하게 되면, 제품의 품질이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 금형 가공 시스템의 사시도이다.
도 2 및 도 3은 도 1에 적용되는 빔 안정기의 사시도이다.
도 4는 폴리곤 스캐너와 빔디텍터의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 금형 가공 시스템을 제어하는 블록도이다.
도 6은 도 5의 미세 패턴 금형 가공 시스템으로 단일 가공 공정을 수행하는 작동 상태도이다.
도 7은 도 5의 미세 패턴 금형 가공 시스템으로 연속 이동 가공 공정을 수행하는 작동 상태도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 금형 가공 시스템의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예의 미세 패턴 금형 가공 시스템은 설정된 펄스폭의 레이저 빔을 생산하는 레이저 발진부(20), 베이스(10)에 설치되는 타겟(T)에 레이저 빔을 조사하는 폴리곤 스캐너(30) 및 폴리곤 스캐너(30)를 장착하는 스테이지(40)를 포함한다.
또한, 일 실시예의 미세 패턴 금형 가공 시스템은 폴리곤 스캐너(30)에서 타겟(T)에 조사되는 레이저 빔을 검출하는 빔디텍터(50, 도 4 참조), 및 빔디텍터(50)에 의하여 검출된 레이저 빔에 따라 조사되는 레이저 빔을 안정시키는 빔 안정기(60)를 더 포함할 수 있다.
타겟(T)은 회전하는 롤로 형성될 수 있고, 미세 패턴 형성 후, 예를 들면 유연전자소자의 프린팅 공정에서 금형으로 사용된다. 롤은 인쇄전자회로용 금형으로 사용되며, 구리, 크롬 및 세라믹 재질로 구성되며, 패턴의 선폭이 10~19㎛ 및 10㎛ 이하로 가공될 수도 있다. 일례로써, 롤은 길이 500mm 및 직경 300mm 미만으로 형성될 수 있다.
일 실시예의 미세 패턴 금형 가공 시스템은 롤로 형성되는 타겟(T)을 장착하여 고정 또는 회전시키는 척(70)을 더 포함할 수 있다. 척(70)은 타겟(T)의 양단을 회전 가능하게 고정시키는 고정 척(71)과 이동 척(72)을 구비한다. 즉 척(70)은 미세 패턴 가공 시, 타겟(T)을 회전시킨다.
고정 척(71) 및 이동 척(72)은 회전 구동되어 타겟(T)을 회전시킬 수 있도록 구성된다. 즉 고정 척(71)은 베이스(10)에 고정 설치되어 타겟(T)의 일단을 회전 가능하게 고정시킨다. 이동 척(72)은 타겟(T)의 길이에 따라 베이스(10) 상에서 이동되어 타겟(T)의 다른 일단을 회전 가능하게 고정시킨다.
레이저 발진부(20)에서 발생되는 레이저 빔은 롤 재질의 어블레이션(ablation) 가공을 목적으로 하는 펄스파형이며, 20ps 이하(예를 들면, 0.5~10ps)의 펄스폭 제어 가능한 펄스폭 가변형이고, 최대 100MHz의 펄스 반복율을 가진다.
레이저 빔은 극초단파 펄스 레이저이며, 레이저 빔의 파장은 1064nm 영역의 근적외선(NIR), 532nm 영역의 그린(Green) 또는 355nm 영역의 자외선(UV)일 수 있고, 최대 100MHz의 펄스 반복율을 가질 수 있다.
즉 20ps 이하(일례로서, 0.5~10ps)의 펄스폭과 1064nm 영역, 532nm 영역 및 355nm 영역의 파장들은 타겟(T)에 미세 패턴 가공시 열축척에 의한 패턴 선폭의 외측에서 열영향부를 최소화 할 수 있다.
폴리곤 스캐너(30)는 타겟(T)에 레이저 빔을 조사하여 설정된 선폭의 패턴을 가공한다. 예를 들면, 폴리곤 스캐너(30)는 회전하는 폴리곤 미러(31, 도 3 참조) 및 집속렌즈(미도시)를 내장하여, 레이저 빔을 10m/s ~ 100m/s의 속도로 타겟(T)에 주사할 수 있다.
즉 폴리곤 스캐너(30)의 폴리곤 미러(31)는 회전하므로 입사되는 극초단파 펄스 레이저 빔을 빠른 속도로 타겟(T)에 주사함으로써 타겟(T)에 미세 패턴 가공시 열축척에 의하여 패턴 선폭의 외측에서 열영향부를 최소화 할 수 있다.
폴리곤 스캐너(30)는 폴리곤 미러(31)에서 반사되는 레이저 빔을 통과시키는 슬릿(32, 도 4 참조)을 구비한다. 슬릿(32)은 타겟(T)을 향하고 있다. 폴리곤 미러(31)의 회전 상태에 따라 슬릿(32)을 통과하는 레이저 빔의 슬릿(32) 상에서의 위치가 상이해진다.
스테이지(40)는 베이스(10)에 설치되어 타겟(T)에 대한 폴리곤 스캐너(30)의 위치를 조절할 수 있도록 구성된다. 예를 들면, 스테이지(40)는 베이스(10)에 x축 방향으로 신장 배치되는 x축 방향 레일(41), 및 x축 방향 레일(41)에 교차 장착되어 y축 방향으로 신장 배치되는 y축 방향 레일(42)을 포함한다.
y축 방향 레일(42)은 폴리곤 스캐너(30)를 장착한다. 따라서 폴리곤 스캐너(30)는 x축, y축 방향 레일(41, 42) 상에서의 작동을 통하여 x축, y축 방향으로 이동되어, 타겟(T)의 가공할 위치로 이동된다. 즉 타겟(T)에 대한 폴리곤 스캐너(30)에서 조사되는 레이저 빔의 위치가 조절 및 설정된다.
빔 안정기(60)는 레이저 발진부(20)와 폴리곤 스캐너(30) 사이에서 레이저 빔의 경로에 설치되어, 레이저 발진부(20)의 내부적인 요인과 레이저 빔의 경로 상의주변 요인에 의하여 흔들리는 레이저 빔을 안정시키도록 구성된다.
도 2 및 도 3은 도 1에 적용되는 빔 안정기의 사시도이다. 도 2 내지 도 3을 참조하면, 빔 안정기(60)는 레이저 빔을 반사시키는 복수의 미러(611, 612)와 미러(611, 612)를 작동시켜, 내부적 요인, 예를 들면, 레이저 발진부(20)의 내부의 열적 불안정성 및 레이저 빔 경로 상의 주변 요인에 의한 레이저 빔의 흔들림을 안정시키는 액츄에이터(621, 622)를 포함한다. 액츄에이터(621, 622)는 모터와 피에조 구동 기구들의 조합으로 이루어질 수 있다.
편의상 본 실시예서 빔 안정기(60)는 제1빔 안정기(61)와 제2빔 안정기(62)를 예시한다. 즉 제1빔 안정기(61)는 액츄에이터(621)로 미러(611)를 위치와 각도를 조절하여 레이저 발진부(20)의 내부 요인에 의하여 발생된 레이저 빔의 흔들림을 안정시킨다.
제2빔 안정기(62)는 액츄에이터(622)로 미러(612)를 위치와 각도를 조절하여 폴리곤 스캐너(30)로 들어가는 레이저 빔의 흔들림을 안정시킨다. 즉 제2빔 안정기(62)는 제1빔 안정기(61) 이후 외부적 요인, 예를 들면, 레이저 빔이 진행하는 경로의 공기유동 및 외부진동 등에 의한 레이저 빔의 흔들림을 안정시킨다.
도 4는 폴리곤 스캐너와 빔디텍터의 사시도이다. 도 4를 참조하면, 폴리곤 스캐너(30)는 플레이트(43)를 개재하여 y축 방향 레일(42)에 장착된다. 빔디텍터(50)는 플레이트(43)에 장착되어 폴리곤 스캐너(30)와 일체로 이동될 수 있다.
즉 플레이트(43)의 이동에 따라 폴리곤 스캐너(30) 및 빔디텍터(50)가 일체로 x축 및 y축 방향으로 이동된다. 따라서 빔디텍터(50)는 폴리곤 스캐너(30)에서 타겟(T)에 조사되는 레이저 빔을 정확하게 검출할 수 있다.
빔디텍터(50)의 검출 신호에 따라 빔 안정기(60)의 액츄에이터(621, 622)가 제어되며, 이에 따라 폴리곤 스캐너(30)에서 조사되는 레이저 빔은 타겟(T)에 정확하게 조사될 수 있다. 빔디텍터(50)와 빔 안정기(60)는 후술하는 단일 가공 공정 및 연속 이동 가공 공정 시, 타겟(T)에 패턴을 가공하는 공정들과 별도로 항상 작동될 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 레이저 발진부(20)에서 조사되는 레이저 빔은 빔 안정기(60)에 설치된 미러(611, 612)와 방향 전환을 위한 복수의 방향 전환 미러들(613, 614, 615, 616)을 경유하여 폴리곤 스캐너(30)의 폴리곤 미러(31)에서 반사되어 고정 또는 회전하는 롤로 이루어진 타겟(T)에 조사되어 미세 선폭의 패턴을 가공하게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 금형 가공 시스템을 제어하는 블록도이다. 도 5를 참조하면, 미세 패턴 금형 가공 시스템은 각각의 컨트롤러들에 의하여 제어될 수 있다. 미세 패턴 금형 가공 시스템은 레이저 컨트롤러(25), 폴리곤 스캐너 컨트롤러(35), 스테이지 컨트롤러(45), 빔 안정기 컨트롤러(65), 및 메인 컨트롤러(80)를 포함한다.
타겟(T)에 패턴을 가공하도록, 레이저 컨트롤러(25)는 레이저 발진부(20)를 제어하고, 폴리곤 스캐너 컨트롤러(35)는 폴리곤 스캐너(30)를 제어하며, 스테이지 컨트롤러(45)는 폴리곤 스캐너(30)가 장착된 스테이지(40)를 제어하고, 빔 안정기 컨트롤러(65)는 빔디텍터(50)의 신호에 따라 빔 안정기(60)를 제어한다. 메인 컨트롤러(80)는 레이저 컨트롤러(25), 폴리곤 스캐너 컨트롤러(35), 스테이지 컨트롤러(45) 및 빔 안정기 컨트롤러(65)를 제어한다.
메인 컨트롤러(80)는 폴리곤 스캐너 컨트롤러(35)에 레이저 빔의 속도, 레이저 빔의 펄스폭, 레이저 빔의 펄스 반복율을 전달하며(환경 설정)(①), 폴리곤 스캐너 컨트롤러(35)에 타겟(T)을 가공하고자 하는 이미지를 비트맵 파일로 전달한다(②).
레이저 컨트롤러(25)는 레이저 발진부(20)의 마스터 오실레이터에서 발진되는 레이저 신호(seed clock)를 폴리곤 스캐너 컨트롤러(35)에 전달하여(③), 비트맵에 따른 타겟 회전 방향의 가공 시작 위치 오차를 최소화 하도록 폴리곤 스캐너(30), 스테이지(40) 및 레이저 빔을 동기화시킬 수 있게 한다.
폴리곤 스캐너 컨트롤러(35)는 레이저 컨트롤러(25)에 동기신호를 전달하여(sync out)(④), 비트맵에 따른 타겟 회전 방향의 가공 시작 위치 오차를 최소화 하도록 폴리곤 스캐너(30)와 레이저 빔을 동기화시킬 수 있게 한다.
도 6은 도 5의 미세 패턴 금형 가공 시스템으로 단일 가공 공정을 수행하는 작동 상태도이다. 도 6을 참조하면, 메인 컨트롤러(80)는 단일 가공 공정으로 제어하여 타겟(T)에 미세 패턴을 가공할 수 있다. 단일 가공 공정은 타겟(T)을 1회 회전하여 타겟(T)에 미세 패턴의 가공을 완료한다.
메인 컨트롤러(80)는 폴리곤 스캐너(30)를 가공 시작 위치에 이동하기 위한 기동 신호를 스테이지 컨트롤러(45)에 전달한다. 스테이지 컨트롤러(45)는 스테이지(40)를 x, y축 방향으로 이동하여 폴리곤 스캐너(30)를 가공 시작 위치로 이동하고, 타겟(T)을 가공하기 위한 속도까지 회전시킨다.
스테이지 컨트롤러(45)는 폴리곤 스캐너 컨트롤러(35)에 가공 시작 신호를 전달한다(③). 즉 폴리곤 스캐너(30)가 가공 위치로 이동한 후, 폴리곤 스캐너 컨트롤러(35)는 폴리곤 스캐너(30)에 가공 시작 신호를 전달한다.
폴리곤 스캐너 컨트롤러(35)는 폴리곤 스캐너(30)에서 폴리곤 미러(31)의 회전 속도를 높여서 폴리곤 미러(31)의 회전 속도를 동기화한다(④). 이때, 폴리곤 미러(31), 레이저 빔의 펄스 및 타겟(T)의 회전속도가 동기된다.
폴리곤 스캐너 컨트롤러(35)는 레이저 가공을 위하여, 레이저 컨트롤러(25)에 레이저 빔의 작동 신호를 보낸다(pulse out)(⑤). 레이저 컨트롤러(25)는 레이저 발진부(20)를 제어하여 레이저 빔을 조사한다(⑥).
단일 가공 공정으로 타겟(T)을 1회 회전하여 패턴의 가공을 완료한 후, 폴리곤 스캐너 컨트롤러(35)는 가공 종료를 위하여, 레이저 컨트롤러(25)에 빔의 차단 신호를 보낸다.
그리고 스테이지 컨트롤러(45)는 스테이지(40)를 최초 위치로 이동시키고, 폴리곤 스캐너 컨트롤러(35)는 폴리곤 스캐너(30)에서 폴리곤 미더(31)의 회전을 중지시킨다.
도 7은 도 5의 미세 패턴 금형 가공 시스템으로 연속 이동 가공 공정을 수행하는 작동 상태도이다. 도 7을 참조하면, 메인 컨트롤러(80)는 연속 이동 가공 공정으로 제어하여 타겟(T)에 미세 패턴을 가공할 수 있다. 연속 이동 가공 공정은 대면적 타겟(T)에 미세 선폭의 패턴을 가공하기 위하여 폴리곤 스캐너(30)를 이동하며 가공한다.
연속 이동 가공 공정은 단일 가공 공정의 ① 내지 ⑥의 공정을 동일하게 포함한다. 즉 연속 이동 가공 공정은 폴리곤 스캐너 컨트롤러(35)가 레이저 컨트롤러(25)에 레이저 빔의 작동 신호를 보내고(⑤), 레이저 발진부(20)에서 레이저 빔을 조사한 후, 더 진행된다.
메인 컨트롤러(80)는 위치별 변경된 이미지를 비트맵 파일로 스테이지 컨트롤러(45)에 전달한다(⑦). 비트맵 파일은 다음 가공 위치로 이동 시 이미지를 포함한다. 이미지가 많지 않은 경우 가공 준비 단계에서 미리 전달할 수도 있다.
스테이지 컨트롤러(45)는 스테이지(40)를 x, y축 방향으로 이동하여(⑧), 폴리곤 스캐너(30)를 다음 가공 위치로 이동시킨다. 폴리곤 스캐너 컨트롤러(35)는 레이저 가공을 위하여 레이저 컨트롤러(25)에 레이저 빔의 작동 신호를 보낸다(pulse out)(⑨). ⑦ 내지 ⑨을 반복하면서, 폴리곤 스캐너(30)를 x축 방향으로 이동하면서 타겟(T)에 미세 패턴을 가공한다.
이때, 폴리곤 스캐너(30)는 타겟(T)에서 단위 패턴으로 가공하고, 가공된 단위 패턴에 x축 방향으로 중첩되어 레이저 빔을 단위 패턴으로 조사하므로 폴리곤 스캐너(30)가 x축 방향으로 이동되는 단위 패턴간의 경계선을 없앨 수 있다.
연속 이동 가공 공정으로 타겟(T)에 미세 패턴의 가공을 완료한 후, 폴리곤 스캐너 컨트롤러(35)는 가공 종료를 위하여, 레이저 컨트롤러(25)에 빔의 차단 신호를 보낸다.
그리고 스테이지 컨트롤러(45)는 스테이지(40)를 최초 위치로 이동시키고, 폴리곤 스캐너 컨트롤러(35)는 폴리곤 스캐너(30)에서 폴리곤 미더(31)의 회전을 중지시킨다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 베이스 20: 레이저 발진부
25: 레이저 컨트롤러 30: 폴리곤 스캐너
31: 폴리곤 미러 35: 폴리곤 스캐너 컨트롤러
40: 스테이지 41: x축 방향 레일
42: y축 방향 레일 43: 플레이트
45: 스테이지 컨트롤러 50: 빔디텍터
60: 빔 안정기 61, 62: 제1, 제2빔 안정기
65: 빔 안정기 컨트롤러 70: 척
71: 고정 척 72: 이동 척
80: 메인 컨트롤러 611, 612: 미러
613, 614, 615, 616: 방향 전환 미러 621, 622: 액츄에이터
T: 타겟

Claims (12)

  1. 회전하는 타겟에 미세 패턴을 가공하는 미세 패턴 금형 가공 시스템으로서,
    설정된 펄스폭의 레이저 빔을 생산하는 레이저 발진부;
    회전하는 폴리곤 미러를 포함하고, 상기 폴리곤 미러를 통하여 상기 레이저 빔을 베이스에 설치되는 타겟에 조사하여 설정된 선폭의 패턴을 가공하는 폴리곤 스캐너;
    상기 폴리곤 스캐너를 장착하고 상기 베이스에 설치되어 상기 타겟에 대한 상기 폴리곤 스캐너의 위치를 조절하는 스테이지;
    상기 레이저 발진부와 상기 폴리곤 스캐너 사이에서 레이저 빔의 경로에 설치되어, 상기 레이저 빔의 위치 및 각도를 제어하는 빔 안정기;
    상기 레이저 발진부를 제어하는 레이저 컨트롤러;
    상기 스테이지 및 상기 타겟을 제어하는 스테이지 컨트롤러;
    상기 폴리곤 스캐너를 제어하는 폴리곤 스캐너 컨트롤러; 및
    상기 레이저 컨트롤러, 상기 폴리곤 스캐너 컨트롤러, 및 상기 스테이지 컨트롤러와 연결되어 각각을 제어하는 메인 컨트롤러;
    를 포함하며,
    상기 레이저 컨트롤러는 상기 레이저 발진부의 마스터 오실레이터에서 발진되는 레이저 신호(seed clock)를 상기 폴리곤 스캐너 컨트롤러에 전달하고, 상기 폴리곤 스캐너 컨트롤러는 상기 레이저 컨트롤러에 동기신호를 전달하여,
    상기 폴리곤 미러의 회전 속도, 상기 타겟의 회전 속도 및 상기 레이저 빔의 펄스는 상기 레이저 신호(seed clock)에 기초하여 동기화되어, 상기 타겟의 회전 방향의 가공 시작 위치 오차를 최소화하는
    미세 패턴 금형 가공 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리곤 스캐너에서 상기 타겟에 조사되는 레이저 빔을 검출하는 빔디텍터를 더 포함하는 미세 패턴 금형 가공 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 타겟은 롤로 형성되고,
    상기 타겟을 장착하여 고정 또는 회전시키는 척을 더 포함하는 미세 패턴 금형 가공 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 빔의 파장은 1064nm 영역의 근적외선(NIR), 532nm 영역의 그린(Green) 및 355nm 영역의 자외선(UV) 중 하나인 미세 패턴 금형 가공 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폴리곤 스캐너는
    상기 레이저 빔을 10m/s ~ 100m/s의 속도로 상기 타겟에 주사하는 미세 패턴 금형 가공 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 스테이지는,
    상기 베이스에 x축 방향으로 신장 배치되는 x축 방향 레일, 및
    상기 x축 방향 레일에 장착되고 y축 방향으로 신장 배치되며 상기 폴리곤 스캐너를 장착하는 y축 방향 레일을 포함하는 미세 패턴 금형 가공 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 빔 안정기는,
    상기 레이저 빔을 반사시키는 미러, 및
    상기 미러를 작동시켜 주변 요인에 따라 레이저 빔의 흔들림을 안정시키는 액츄에이터를 포함하는 미세 패턴 금형 가공 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 폴리곤 스캐너는,
    상기 타겟의 회전축 방향을 따라 이동하면서 단위 패턴을 연속적으로 가공하되, 상기 가공된 단위 패턴 간에 상기 회전축 방향으로 중첩되도록 레이저 빔을 조사하는 미세 패턴 금형 가공 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 메인 컨트롤러는
    상기 폴리곤 스캐너 컨트롤러에 레이저 빔의 속도, 레이저 빔의 펄스폭, 레이저 빔의 펄스 반복율을 전달하는 미세 패턴 금형 가공 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 메인 컨트롤러는
    상기 타겟에 가공하고자 하는 패턴의 이미지 정보를 상기 폴리곤 스캐너 컨트롤러에 전달하는 미세 패턴 금형 가공 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 메인 컨트롤러는
    상기 폴리곤 스캐너의 이동에 따른 상기 타겟에 가공하고자 하는 패턴의 위치별 이미지 정보를 상기 스테이지 컨트롤러에 전달하는 미세 패턴 금형 가공 시스템.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 레이저 빔은
    0.5~10ps의 펄스폭 가변형이고, 최대 100MHz의 펄스 반복율을 가지는 미세 패턴 금형 가공 시스템.
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